高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

王博王識

（1.鞍山鋼都集團建筑設(shè)計有限公司 遼寧鞍山 114031 2.上海寶冶集團有限公司 上海市 200941）

地震對建筑物的破壞性較大，且地震伴有隨機性、不可確定性等特點，地震之后常伴隨出現(xiàn)余震，余震有時也會產(chǎn)生嚴重的危害。當(dāng)前，高層建筑采用混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑普遍形式，對于高層混凝土建筑在抗震效果方面的設(shè)計，以降低地震造成的危害為根本目的，保障人民生命財產(chǎn)安全。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中必須掌握建筑物所處場地的地質(zhì)情況，應(yīng)用科學(xué)方法使高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到穩(wěn)步提升，避免出現(xiàn)地震時造成嚴重危害。

1 高層建筑抗震設(shè)計的作用

高層建筑設(shè)計過程中不能輕視抗震設(shè)計方面。對比普通建筑，高層建筑的構(gòu)造、規(guī)模、具體構(gòu)件都呈現(xiàn)出明顯的不同。如果高層建筑設(shè)計、施工質(zhì)量不達標，將造成難以挽回的損失。所以，設(shè)計環(huán)節(jié)必須注重設(shè)計標準滿足國家及行業(yè)標準?？拐鹪O(shè)計的結(jié)構(gòu)延性、剛度最終決定高層建筑工程整體質(zhì)量，必須重視高層建筑中的抗震設(shè)計。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)采取抗震設(shè)計的具體設(shè)計

2.1 水平荷載

水平荷載決定著高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體效果。水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用。水平荷載的大小將直接決定了高層建筑的抗震水平。原因在于：①高層建筑物重力荷載以及高層的水平荷載使建筑產(chǎn)生軸力、剪力以及彎矩，其中軸力、剪力與高層建筑物自身高度一次方呈現(xiàn)正比關(guān)系。②水平荷載使高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩，在構(gòu)件中形成的軸力作用將和樓房高度兩次方呈現(xiàn)正比關(guān)系。

2.2 側(cè)向位移控制

高層建筑進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時還應(yīng)注重側(cè)向位移控制。鑒于高層建筑的具體施工過程面對建筑物樓層逐漸增高，側(cè)向位移現(xiàn)象將很難合理控制。側(cè)向位移狀況還將伴隨樓層高度的增加逐步加重位移的程度，體現(xiàn)出側(cè)向位移和建筑物高度的四次方呈正比關(guān)系。一旦施工過程中沒有很好的控制側(cè)向位移幅度，將對高層建筑穩(wěn)定性造成影響。高層建筑有可能因此引發(fā)倒塌、墻面開裂等狀況，危害到人民群眾的生命、財產(chǎn)安全。所以，不能輕視高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工過程中的側(cè)向位移控制。

2.3 抗震設(shè)計的三水準原則

高層混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計必須注重地震力造成的影響。建筑物的抗震水平要求能夠在較小級別地震時建筑物保持不壞，在遭受設(shè)防地震時建筑物可修，而遭遇較大級別嚴重地震時建筑物保持不倒，即“小震不壞，中震可修，大震不倒。”

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體方法

3.1 科學(xué)地分析判斷高層建筑的建設(shè)場地和建設(shè)環(huán)境

高層建筑的設(shè)計應(yīng)考慮到在遭遇地震時建筑物仍然能夠為人們提供安全保障，因此建筑的選址對不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時應(yīng)采取有效的措施，對危險地段不能建造。高層建筑的場地選址應(yīng)力求保證發(fā)生地震時能夠降低地震力的輸入，使地震波不至于對高層建筑造成嚴重的損害，使高層建筑的抗震性能明顯增強。

3.2 進一步優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

對于高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的進一步優(yōu)選是建筑物抗震性能不斷提升的重要方式。設(shè)計時確定結(jié)構(gòu)方案必須考慮到建筑延性的要求。延性是指建筑物處于地震災(zāi)害的情況下，結(jié)構(gòu)并不能被嚴重破壞、倒塌，而是有一定的變形能力以消耗地震力。設(shè)計時開展結(jié)構(gòu)設(shè)計必須綜合考慮到建豎向、水平受力效果，采取合適的方式設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)是保障建筑物具備較高抗震能力的根本。

3.3 進一步加強抗震驗算

截面抗震驗算應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下進入彈塑性狀態(tài)。能夠把大部分結(jié)構(gòu)變形改變成眾值烈度地震作用下構(gòu)件承載力驗算。構(gòu)件截面抗震驗算應(yīng)選擇非抗震承載力設(shè)計值與承載力抗震調(diào)整系數(shù)相結(jié)合。具體計算時應(yīng)將地震作用效應(yīng)值乘以抗震調(diào)整系數(shù)。在經(jīng)過抗震驗算的進一步設(shè)計，能夠使建筑抗震設(shè)計有效性進一步增強，發(fā)揮抗震設(shè)計的效果。

3.4 增設(shè)抗震防線

構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系宜增設(shè)抗震防線，聯(lián)合延性較好的分體系，連接這些構(gòu)件，形成協(xié)同配合的效果。框架-抗震墻體系包括抗震墻和延性框架，二者互相補充形成了較強的抗震效果?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系內(nèi)必須設(shè)定一定范圍的贅余度，分為內(nèi)、外兩部分。根據(jù)相關(guān)規(guī)則構(gòu)建規(guī)律分布的屈服區(qū)，使建筑結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒌卣鹉芰砍浞窒幕蛘呶?，降低地震帶來的破壞程度。建筑基本周期和地震卓越周期一旦接近，冗余設(shè)計能夠發(fā)揮其功能。如果第一道抗側(cè)力防線被破壞，還有第二道、第三道防線能夠繼續(xù)起到保護作用，逐步緩解共振效果，減輕地震帶來的破壞作用。

總結(jié)以上，伴隨國民經(jīng)濟的進步，高層建筑紛紛拔地而起，高層建筑是城市中較為尋常的建筑形式，但由于我國經(jīng)濟條件仍低于發(fā)達國家，我國高層建筑抗震標準相對較低，針對于我國高層建筑設(shè)計過程中呈現(xiàn)出的問題，特別是高層建筑抗震設(shè)計方面問題，提出科學(xué)性應(yīng)對方式，從總體上使高層建筑抗震性能得到進一步增強。

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